CN109255825B - 用于实现正投影的方法、装置、存储介质以及图像重建方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于实现正投影的方法，包括：获取图像数据的参数信息；获取投影数据的参数信息；根据所述图像数据的参数信息和投影数据的参数信息预先获取所述图像数据与所述投影数据的对应关系；获取初始图像；根据所述对应关系，获取所述初始图像对应的投影数据。

Description

用于实现正投影的方法、装置、存储介质以及图像重建方法

技术领域

本发明主要涉及图像重建领域，尤其涉及一种用于实现正投影的方法、装置、存储介质以及图像重建方法。

背景技术

目前对CT(Computed Tomography)图像重建时，通常采用迭代重建算法。迭代重建算法包括被迭代执行的如下步骤：(1)计算出原图像或上一轮迭代解的投影值(即正投影)；(2)将计算得到的投影值与实际测量值进行比较；(3)通过校正项对比较结果进行反投影以更新图像。可见，在迭代重建算法中需要大量重复执行正投影，正投影的运行速度对图像重建的速度具有直接的影响。因此有必要提升正投影的运行速度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种计算正投影的方法、装置及图像重建方法，其具有能够快速实现正投影计算的特点。

为解决上述技术问题，本发明的一方面提供了一种用于实现正投影的方法，包括：获取图像数据的参数信息；获取投影数据的参数信息；根据所述图像数据的参数信息和投影数据的参数信息预先获取所述图像数据与所述投影数据的对应关系；获取初始图像；根据所述对应关系，获取所述初始图像对应的投影数据。

在本发明的一实施例中，所述对应关系包括所述图像数据中至少一行或至少一列像素点中的有效像素点对应的投影数据中的探测器通道范围。

在本发明的一实施例中，根据所述参数信息预先获取所述图像数据与所述投影数据的对应关系的步骤包括：获取所述图像数据中一行或一列像素点中的有效像素点范围；以及确定所述投影数据中的探测器通道在所述行或列对应的像素点处于所述有效像素点范围内的探测器通道范围。

在本发明的一实施例中，根据所述对应关系获取所述初始图像对应的所述投影数据的步骤包括：确定所述探测器通道范围内的一探测器通道在所述行对应的所述像素点；以及将所述像素点对应的像素值累加至所述探测器通道所对应的探测器通道值。

在本发明的一实施例中，对所述图像数据进行上采样插值，再根据所述对应关系获取经上采样插值后的所述图像数据对应的所述投影数据。

在本发明的一实施例中，还对所述图像数据进行近邻插值，再根据所述对应关系获取经近邻插值后的所述图像数据对应的所述投影数据。

本发明的另一方面提供一种图像重建方法，包括：对探测器获取的第一投影数据进行反投影，以得到图像数据；利用如上所述的用于实现正投影的方法对所述图像数据获取正投影，以得到第二投影数据；根据所述第一投影数据和所述第二投影数据确定误差；以及利用所述误差和所述第二投影数据进行图像重建。

本发明的又一方面提供一种用于实现正投影的装置，包括：参数信息获取模块，用于获取图像数据的参数信息和投影数据的参数信息；对应关系获取模块，用于根据所述参数信息预先获取所述图像数据与所述投影数据的对应关系；所述对应关系包括所述图像数据中至少一行或至少一列像素点中的有效像素点对应的投影数据中的探测器通道范围；图像数据获取模块，用于获取图像数据；以及正投影获取模块，用于根据所述对应关系获取所述图像数据对应的所述投影数据。

本发明的再一方面一种用于实现正投影的装置，包括：存储器，用于存储可由处理器执行的指令；处理器，用于执行所述指令以实现如下方法，包括：获取图像数据的参数信息；获取投影数据的参数信息；根据所述图像数据的参数信息和投影数据的参数信息预先获取所述图像数据与所述投影数据的对应关系；获取初始图像；根据所述对应关系，获取所述初始图像对应的投影数据。

本发明的再一方面一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其中当计算机指令被处理器执行时，执行如下方法：获取图像数据的参数信息；获取投影数据的参数信息；根据所述图像数据的参数信息和投影数据的参数信息预先获取所述图像数据与所述投影数据的对应关系；获取初始图像；根据所述对应关系，获取所述初始图像对应的投影数据。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：由于本发明的用于实现正投影的方法在数据传输未到达之前，根据已知的参数，预先获取图像数据与投影数据之间的对应关系；在预先获取图像数据与投影数据的对应关系时，仅对穿过视野范围内的射线进行预先操作如计算和记录，减少了获取过程里的查表与加法；并且可以预先对图像数据进行插值上采样，在获取正投影时，只需要根据预先获取过程得到的结果，直接对上采样的图像数据读取，然后累加到对应的投影数据位置，不需要再进行插值运算，因此，本发明的用于实现正投影的方法具有能够快速实现正投影等优点；相比于现有的线性插值需要通过相邻四个点的插值计算得到目标位置，本发明通过近邻插值，使用目标位置近邻的插值即两个点就可以直接获得目标位置，降低了运算的复杂度，提高了图像重建的速度。

附图说明

图1是本发明一些实施例的成像系统的示意图。

图2是本发明一些实施例的计算设备的示例性硬件和/或软件组件的示意图。

图3是本发明一些实施例的移动设备的示例性硬件和/或软件组件的示意图。

图4是正投影的示意图。

图5是本发明一些实施例的处理设备的示意图。

图6是本发明一些实施例的用于实现正投影的方法的基本流程图。

图7是本发明一些实施例的获取对应关系步骤的示意图。

图8是本发明一些实施例的获取正投影步骤的示意图。

图9是本发明一些实施例的图像重建的方法的基本流程图。

具体实施方式

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

可以理解的是，本发明中所用的“系统”、“模块”、“单元”和/或“子单元”等术语是用于区分不同结构之间的层级关系的一种方法。然而，如果能达到相同目的，这些术语可以被其他表达代替。

通常，本发明中所用的“模块”、“单元”和/或“子单元”指的是存储在硬件或固件中的逻辑或一组软件指令。本发明所述的“模块”、“单元”和/或“子单元”能够通过软件和/或硬件模块执行，也可以被存储于任何一种非暂态计算机可读存储介质或其他存储设备中。在一些实施例中，一个软件模块可以被编译并连接到一个可执行的程序中。这里的软件模块可以对自身或其他模块传递的信息作出响应，并且/或者可以在检测到某些事件或中断时作出响应。可以在一个计算机可读存储介质上提供一个被配置为可以在计算设备上(例如，图2所示的处理器210，图3所示的中央处理器(CPU)340)执行操作的软件模块/单元/子单元，这里的计算机可读存储介质可以是光盘、数字光盘、闪存盘、磁盘或任何其他种类的有形介质；也可以通过数字下载的模式获取软件模块(这里的数字下载也包括存储在压缩包或安装包内的数据，在执行之前需要经过解压或解码操作)。这里的软件代码可以被部分的或全部的储存在执行操作的计算设备的存储设备中，并应用在计算设备的操作之中。软件指令可以被植入在固件中，例如可擦可编程只读存储器(erasable programmable readonly memory(EPROM))。还应理解的是，硬件模块/单元/子单元可以包含连接在一起的逻辑单元，例如门、触发器，以及/或者包含可编程的单元，例如可编程的门阵列或处理器。这里所述的模块/单元/子单元或计算设备的功能优选通过软件模块/单元/子单元执行，但是也可以被表示在硬件或固件中。一般情况下，这里所说的模块/单元/子单元是逻辑模块，不受其具体的物理形态或存储器的限制。一个模块、单元和/或子单元能够与其他的模块、单元和/或子单元组合在一起，或被分隔成为一系列子模块和/或子单元。

除非另有明确指示，应当理解的是，当单元、引擎、模块或子单元“位于”、“连接到”或“耦合到”另一单元、引擎、模块或子单元时，所述单元、引擎、模块或子单元可以直接位于、连接到或耦合到或连通到另一单元、引擎、模块或子单元，或者可以存在中间单元、引擎、模块或子单元。本发明所用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列术语的任何和所有组合。

考虑参照附图的下列详细说明，本发明的这些和其它特征和特点、结构的有关元件的操作方法和功能，以及部件的结合和制造的经济性将变得更加显而易见，并且所有这些都作为本发明的一部分。然而，应当清楚地理解的是，附图仅仅用于说明和描述目的，而并非意在限制本发明的范围。应当理解，所有附图不是按比例绘制的。

本发明的一个方面涉及用于实现正投影的方法及装置。所述用于实现正投影的方法预先获取图像数据与投影数据的对应关系，然后在接收到图像数据后，根据对应关系计算图像数据对应的投影数据。所述获取正投影的装置可以执行所述用于实现正投影的方法，以实现正投影的获取。

图1是本发明一些实施例的成像系统100的示意图。在一些实施例中，成像系统100可以包括常规CT系统、锥形束CT(CBCT)系统、螺旋CT系统、多层CT系统、数字减影血管造影(DSA)系统、具备成像模式的放疗系统等，或其任意组合。在一些实施例中，成像系统100所采用的成像束可以是X射线、γ射线、超声波等，或其任意组合。

如图1所示，成像系统100可以包括CT扫描机110、网络120、终端130、处理设备140和存储设备150。成像系统100中的组件可以通过多种方式彼此连接。例如，CT扫描机110可以经由网络120连接至处理设备140。再例如，CT扫描机110可以直接连接至处理设备140。又例如，存储设备150可以直接或经由网络120连接至处理设备140。又例如，终端130可以直接或经由网络120连接至处理设备140。

CT扫描机110可以包括机架111、探测器112、辐射源113和扫描床114。探测器112和辐射源113可以相对地安装于机架111。被扫描对象可以放置在扫描床114上并移动到CT扫描机110的探测通道中。

辐射源113可以发出X射线、γ射线、超声波等以扫描放置在扫描床114上的被扫描对象。所述被扫描对象可以是生物体(例如，病人、动物)或非生物体(例如，人造的物体)。探测器112可以探测从辐射源113发出的辐射(例如，X射线、γ射线、超声波等)。在一些实施例中，探测器112可以包括多个探测器单元。所述探测器单元可以包括闪烁探测器(例如，碘化铯探测器)、气体探测器和/或超声波探测器等。所述探测器单元可以排列成单排或多排。

在一些实施例中，CT扫描机110可以包括一个或多个组件用来阻止或降低扫描时的射束硬化和/或辐射散射。例如，CT扫描机110可以包括栅格(例如，防散射栅格)和/或可以阻止或降低射束硬化的其他组件。又例如，CT扫描机110可以包括X射线准直器、金属栅格、狭缝、散射校正板(BSA)、射束衰减栅格(BAG)和/或可以阻止或降低辐射散射的其他组件。

网络120可以促进信息和/或数据的交换。在一些实施例中，成像系统100中的至少一个组件(例如，CT扫描机110、终端130，处理设备140或存储设备150)可以通过网络120向所述成像系统100中的另一组件发送信息和/或数据。例如，所述处理设备140可以通过所述网络120从所述CT扫描机110获得扫描数据。再例如，所述处理设备140可以通过所述网络120从所述终端130获得用户指令。在一些实施例中，网络120可以是任何类型的有线或无线网络，或其组合。网络120可以包括公共网络(例如，因特网)、专用网络(例如，局域网(LAN)、广域网(WAN))、有线网络(例如，以太网)、无线网络(例如，802.11网络、Wi-Fi网络)、蜂窝网络(例如，长期演进网络(LTE))、帧中继网络、虚拟专用网络(VPN)、卫星网络、电话网络、路由器、集线器、交换机、服务器计算机，或其组合。仅作为示例，所述网络120可以包括电缆网络、无线网络、光纤网络、电信网络，内联网、因特网、局域网(LAN)、广域网(WAN)、无线局域网(WLAN)、城域网(MAN)、广域网(WAN)、公共电话交换网(PSTN)、蓝牙网络、ZigBee网络、近场通信(NFC)网络等，或其任何组合。在一些实施例中，所述网络120可以包括至少一个网络接入点。例如，所述网络120可以包括有线或无线网络接入点，例如基站和/或互联网交换点，所述成像系统100的所述组件可以通过该网络接入点与所述网络120连接，以便交换数据和/或信息。

终端130包括移动设备130-1、平板电脑130-2、笔记本电脑130-3等，或其任何组合。在一些实施例中，移动设备130-1可以包括智能家庭设备、可穿戴设备、智能移动设备、虚拟现实设备、增强现实设备等，或其任何组合。在一些实施例中，所述智能家庭设备可以包括智能照明设备、智能电器的控制设备、智能监控设备、智能电视、智能摄像机、对讲机等，或其任何组合。在一些实施例中，所述可穿戴设备可以包括智能手链、智能鞋袜、智能眼镜、智能头盔、智能手表、智能服装、智能背包、智能配件等，或其任何组合。在一些实施例中，所述智能移动设备可以包括智能手机、个人数字助理(PDA)、游戏设备、导航设备、销售点(POS)设备等，或其任何组合。在一些实施例中，所述虚拟现实设备可以包括虚拟现实头盔、虚拟现实眼镜、虚拟现实眼罩、增强现实头盔、增强现实眼镜、增强现实眼罩等，或其任何组合。例如，所述虚拟现实设备和/或所述增强现实设备可以包括Google Glass、OculusRift、Hololens、Gear VR等。在一些实施例中，终端130可以远程操作CT扫描机110。例如，所述终端130可以通过无线连接来操作CT扫描机110。在一些实施例中，终端130可以接收由用户输入的信息和/或指令，并经由所述网络120将接收到的信息和/或指令发送到CT扫描机110或处理设备140。在一些实施例中，所述终端130可以从处理设备140接收数据和/或信息。在一些实施例中，所述终端130可以是处理设备140的一部分。在一些实施例中，所述终端130可以被省略。

在一些实施例中，处理设备140可以处理从CT扫描机110、终端130或存储设备150获得的数据和/或信息。例如，处理设备140可以获取对应多个机架角的多个投影图像。所述处理设备140还可以执行正投影的获取，以及图像重建。

处理设备140可以是中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、系统芯片(SoC)、微处理器(MCU)等，或其任意组合。在一些实施例中，处理设备140可以是本地的或远程的。例如，所述处理设备140可以通过网络120访问存储在CT扫描机110、终端130和/或存储设备150中的信息和/或数据。再例如，所述处理设备140可以直接与CT扫描机110、终端130和/或存储设备150连接，以便访问存储在其中的信息和/或数据。在一些实施例中，所述处理设备140可以在云平台上实现。仅作为示例，所述云平台可以包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布式云、跨云、多云等，或其任何组合。在一些实施例中，所述处理设备140可以在本发明图2所示的具有至少一个组件的计算设备200上实现。

存储设备150可以存储数据和/或指令。在一些实施例中，所述存储设备150可以存储从终端130和/或处理设备140获得的数据。在一些实施例中，所述存储设备150可以存储所述处理设备140可以执行或用于执行在本发明中描述的示例性方法的数据和/或指令。在一些实施例中，存储设备150可以包括大容量存储器、可移动存储器、易失性读写存储器、只读存储器(ROM)等，或其任何组合。示例性的大容量存储器可以包括磁盘、光盘、固态驱动器等。示例性的可移动存储器可以包括闪存盘、软盘、光盘、存储卡、压缩盘、磁带等。示例性的易失性读写存储器可以包括随机存取存储器(RAM)。示例性的RAM可以包括动态RAM(DRAM)、双倍数据传输率同步动态RAM(DDR SDRAM)、静态RAM(SRAM)、晶闸管RAM(T-RAM)、零电容RAM(Z-RAM)等。示例性的ROM可以包括掩模型ROM(MROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电擦除可编程ROM(EEPROM)、光盘ROM(CD-ROM)、数字通用盘ROM等。在一些实施例中，所述存储设备150可以在云平台上实现。仅作为示例，所述云平台可以包括私有云、公共云、混合云、社区云、分布式云、跨云、多云等，或其任何组合。

在一些实施例中，存储设备150可以与网络120连接，以便与成像系统100的至少一个组件(例如，终端130、处理设备140)进行通信。所述成像系统100的至少一个组件可以通过所述网络120访问存储在所述存储设备150的数据或指令。在一些施例中，所述存储设备150可以直接与所述成像系统100的至少一个组件(例如，终端130、处理设备140)连接或通信。在一些实施例中，所述存储设备150可以是处理设备140的一部分。

图2是本发明一些实施例的获取设备200的示例性硬件和/或软件组件的示意图。所述获取设备200可以实现所述处理设备140。如图2所示，所述获取设备200可以包括处理器210、存储器220、输入/输出(I/O)230和通信端口240。

处理器210可以根据本文所述的技术执行计算机指令(程序代码)并执行所述处理设备140的功能。所述计算机指令可以包括执行本文所述的特定功能的例程、程序、对象、组件、数据结构、过程、模块与功能。例如，所述处理器210可以处理从CT扫描机110、终端130、存储设备150或成像系统100的任何其他组件获得的图像数据。例如，所述处理器210可以获取正投影以及执行图像重建。再例如，所述处理器210可以预先获取图像数据与投影数据的对应关系，并经该对应关系存储于存储设备150。在一些实施例中，所述处理器210可以包括至少一个硬件处理器，例如，微控制器、微处理器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、专用指令集处理器(ASIP)、中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)、物理处理器(PPU)、单片机、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、先进精简指令集系统(ARM)、可编程逻辑设备(PLD)、能够执行至少一个功能的任何电路或处理器等，或其任何组合。

仅用于说明，在获取设备200中仅描述了一个处理器。然而，应当注意的是，本发明的所述获取设备200还可以包括多个处理器。因此，由本发明所述的一个处理器执行的操作和/或方法步骤也可以由多个处理器共同或单独执行。例如，如果在本发明中，所述获取设备200的处理器执行步骤A和B，则应当理解，所述步骤A和B也可以由所述获取设备200的两个不同的处理器共同或单独地执行(例如，第一处理器执行步骤A、第二处理器执行步骤B或者第一和第二处理器共同执行步骤A和B)。

存储器220可以存储从所述CT扫描机110、终端130、存储设备150或所述成像系统100的任何其他组件获得的数据/信息。在一些实施例中，所述存储器220可以包括大容量存储器、可移动存储器、易失性读写存储器、只读存储器(ROM)等，或其任何组合。例如，所述大容量存储器可以包括磁盘、光盘与固态驱动器等。所述可移动存储器可以包括闪存盘、软盘、光盘、存储卡、压缩盘与磁带等。所述易失性读写存储器可以包括随机存取存储器(RAM)。所述RAM可以包括动态RAM(DRAM)、双倍数据传输率同步动态RAM(DDR SDRAM)、静态RAM(SRAM)、晶闸管RAM(T-RAM)与无电容RAM(Z-RAM)等。所述ROM可以包括掩模型ROM(MROM)、可编程ROM(PROM)、可擦除可编程ROM(EPROM)、电擦除可编程ROM(EEPROM)、光盘ROM(CD-ROM)与数字通用盘ROM等。在一些实施例中，所述存储器220可以存储至少一个程序和/或指令，以执行在本发明中所述的示例性方法。例如，所述存储器220可以为处理设备140存储用于获取正投影的程序(例如，以计算机可执行指令的形式)。再例如，所述存储器220可以为处理设备140存储用于基于投影图像重建三维图像的程序(例如，以计算机可执行指令的形式)。

输入/输出230可以输入或输出信号、数据或信息。在一些实施例中，所述输入/输出230可以与所述处理设备140进行用户交互。在一些实施例中，所述输入/输出230可以包括输入设备和输出设备。示例性的输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风等，或其组合。示例性的输出设备可以包括显示设备、扬声器、打印机、投影仪等，或其组合。示例性的显示设备可以包括液晶显示器(LCD)、基于发光二极管(LED)的显示器、平板显示器、曲面屏幕、电视设备、阴极射线管(CRT)等，或其组合。

通信端口240可以与网络(例如，网络120)连接以便促进数据通信。所述通信端口240可以在所述处理设备140与所述CT扫描机110、所述终端130或所述存储设备150之间建立连接。所述连接可以是有线连接、无线连接或两者的组合。这些连接方式可以使得数据能够被发送和接收。所述有线连接可以包括电缆、光缆、电话线等，或其任何组合。所述无线连接可以包括蓝牙、Wi-Fi、WiMax、WLAN、ZigBee、移动网络(例如，3G、4G、5G)等，或其组合。在一些实施例中，所述通信端口240可以是诸如RS232和RS485等标准化的通信端口。在一些实施例中，所述通信端口240可以是专门设计的通信端口。例如，所述通信端口240可以根据医学数字成像与通信(DICOM)协议进行设计。

图3是本发明一些实施例的移动设备300的示例性硬件和/或软件组件的示意图。所述移动设备300可以实现所述终端130。如图3所示，所述移动设备300可以包括通信平台310、显示器320、图形处理器(GPU)330、中央处理器(CPU)340、输入/输出350、内存360和存储器390。在一些实施例中，任何其它合适的组件，包括但不限于系统总线或控制器(图中未示出)，也可以包括在所述移动设备300中。在一些实施例中，移动操作系统370(例如，iOS、Android、Windows Phone)和至少一个应用380可以从所述存储器390加载到所述内存360中，以便由所述中央处理器340执行。所述应用380可以包括浏览器或用于从所述处理设备140接收和呈现与图像处理相关的信息或其他信息的任何其它合适的移动应用。与信息流的用户交互可以通过所述输入/输出350实现，并且通过所述网络120提供给所述处理设备140和/或所述成像系统100的其他组件。

为了实现在本发明中所述的各种模块、单元及其功能，可以将计算机硬件平台用作本发明中所述的至少一个元件的硬件平台。此类计算机的硬件元件、操作系统和编程语言本质上是常规的，假设本领域技术人员充分熟悉这些技术，使得这些技术适应于本发明中所述的正投影计算、图像重建。具有用户界面元件的计算机可以用于实现个人电脑(PC)或其他类型的工作站或终端设备，但如果适当地进行编程，则计算机也可以充当服务器。可以确信，本领域的技术人员熟悉此类计算机设备的结构、编程和一般操作。因此，附图应该是不言自明的。

图4是正投影的示意图。参考图4所示，x-y坐标系是机架111坐标系，其中心点为机架111的等中心点。t-s坐标系是探测器112坐标系，t是探测器112的方向，s代表射线的方向。θ表示t坐标轴与x坐标轴的夹角，即当前探测器112相对于x坐标轴的旋转角度。x-y坐标系与t-s坐标系的坐标有如下关系：

t＝xcosθ+ysinθ (1)

由公式(1)可以得到如下两个公式：

y(x)＝-cotθ*x+t/sinθ (2)

x(y)＝-tanθ*y+t/cosθ (3)

对每条射线进行如下积分：

S(K)＝∫f(x,y)ds (4)

由公式(2)、(3)、(4)可以得到如下积分公式：

因此，

S(K)的积分运算可以根据射线更加靠近x坐标轴还是y坐标轴决定使用公式(7)还是公式(8)。当射线靠近x坐标轴时，使用公式(7)，当射线靠近y坐标轴时，使用公式(8)。

图5是本发明一些实施例的处理设备140的示意图。处理设备140可以在如图2所示的计算设备200(例如，处理器210)或如图3所示的CPU340上实现。处理设备140可以包括参数信息获取模块410、对应关系获取模块420、图像数据获取模块430和正投影获取模块440。

参数信息获取模块410可以用于获取图像数据和投影数据的参数信息。参数信息可以包括图像数据的行数、图像数据的列数、图像数据中视野范围的直径(或半径)、图像数据中像素间距、投影数据中的探测器通道数、投影数据中的探测器间距等。

对应关系获取模块420可以用于根据参数信息预先获取图像数据与投影数据的对应关系。所述对应关系可以包括图像数据中至少一行像素点中的有效像素点对应的投影数据中的探测器通道范围。在一些实施例中，在获取到对应关系后，对应关系获取模块420可以将该对应关系发送给正投影获取模块440。在一些实施例中，对应关系获取模块420可以存储其获取出的对应关系。例如，可以将对应关系存储于存储设备150。关于预先获取图像数据与投影数据的对应关系的细节可以在本发明的其他地方找到(例如，图6、图7、图8及其相关描述)。

图像数据获取模块430可以用于获取图像数据。图像数据可以是对探测器获取的投影数据进行反投影后得到的图像。图像数据还可以是经正投影得到的投影数据进行反投影后得到的图像。

正投影获取模块440可以用于根据对应关系获取图像数据对应的投影数据。在一些实施例中，对应关系可以由对应关系获取模块420发送给正投影获取模块440。在一些实施例中，对应关系可以由正投影获取模块440从存储设备中获取，例如从存储设备150中获取。关于根据对应关系获取图像数据对应的投影数据的细节可以在本发明的其他地方找到(例如，图6、图7、图8及其相关描述)。

图6是本发明一些实施例的用于实现正投影的方法的基本流程图。用于实现正投影的方法500可以在如图1所示的成像系统100中实现。例如，用于实现正投影的方法500可以以指令的形式(例如，应用)存储在存储设备150和/或存储器220中，并且由处理设备140(例如，如图2所示的处理器210，或者如图4所示的处理设备140中的一个或多个模块)调用和/或实行。以下展示的对于所述用于实现正投影的方法的操作是示例性的。在一些实施例中，用于实现正投影的方法500可以通过未提及的至少一个附加的操作和/或未讨论的至少一个操作来完成。参考图6所示，用于实现正投影的方法500可以包括：

步骤510：获取图像数据和投影数据的参数信息；

步骤520：根据参数信息预先获取图像数据与投影数据的对应关系；

步骤530：获取初始图像；

步骤540：根据对应关系获取初始图像对应的投影数据。

在步骤510，参数信息获取模块410可以获取图像数据和投影数据的参数信息。参数信息可以包括图像数据的行数、图像数据的列数、图像数据中视野范围的直径(或半径)、图像数据中像素间距、投影数据中的探测器通道数、投影数据中的探测器间距等。

在步骤520，对应关系获取模块420可以根据参数信息预先获取图像数据与投影数据的对应关系。所述对应关系可以包括图像数据中至少一行像素点中的有效像素点对应的投影数据中的探测器通道范围。在一些实施例中，在步骤520还以可以存储获取的对应关系。例如，可以将对应关系存储于存储设备150。

图7是本发明一些实施例的获取对应关系步骤的示意图。参考图7所示，步骤520可以包括：

步骤521：获取图像数据中一行或一列像素点中的有效像素点范围；

步骤522：确定投影数据中的探测器通道在所述行或列对应的像素点处于有效像素点范围内的探测器通道范围。

下面以第j个投影数据对应的图像数据为例进行说明。设第j个投影数据是t坐标轴与x坐标轴的夹角为θ时所对应的投影数据。其中，0＜j≤ViewPerRevolution，ViewPerRevolution表示180度范围内覆盖的投影数据的总数。令图像数据的行数和列数均为Matrix，视野范围(Field of View，FOV)的直径为fov，像素间距为pixelspacing。需要说明的是，在下述说明是以射线更靠近y坐标轴为例进行说明的，本领域技术人员可以根据相同的原理确定射线更靠近x坐标轴时的对应关系，而无需付出创造性的劳动。

在步骤521可以获取图像数据中第i行像素点中的有效像素点的起始列和结束列，以得到有效像素点范围。所述有效像素点是指位于视野范围内的像素点。其中，0＜i＜＝Matrix。具体如下：

首先，利用下式计算起始列到中心像素点的距离

然后，可以由公式(9)得到

其中，SCol[i]表示第i行有效像素点中有效像素点的起始列，ECol[i]表示第i行有效像素点中有效像素点的结束列，

表示向下取整，

表示向上取整。

在步骤522可以确定投影数据中的探测器通道在第i行对应的像素点处于有效像素点范围内的最小探测器通道和探测器通道数，以确定探测器通道范围。具体如下：

计算投影数据中每个探测器通道到中心探测器通道的距离

t(Chan)＝(Chan-MiddleChan)*ChanSpacing (12)

其中，Chan为某个探测器通道的索引，MiddleChan为中心探测器通道的索引，Chanspcing表示探测器通道的间距。

根据公式(3)计算穿过第Chan个探测器通道的射线与图像数据第i行相交处对应的像素索引

其中，y(Chan,i)为图像数据第i行的y方向坐标，具体如下：

其中，(xCenter，yCenter)是图像中心在x-y坐标系中的坐标值。

如上，计算第j个投影数据所有探测器通道与图像数据第i行交点处的像素索引，可以得到满足SCol[i]＜index＜ECol[i]的探测器通道集合，记录满足条件的最小探测器通道，记为StartChan[j,i]，以及连续满足该条件的探测器通道数，记为ChanNum[j,i]。如此，即可确定出投影数据中的探测器通道在第i行对应的像素点处于有效像素点范围内的探测器通道范围。

遍历所有j,i，即可计算出所有投影数据对应的图像数据的每一行的StartChan[j,i]和ChanNum[j,i]，以及所有j,i处的StartChan[j,i]所对应的index(StartChan[j,i],i,j)。

在步骤530，图像数据获取模块430可以获取初始图像。初始图像可以是对探测器获取的投影数据进行反投影后得到的图像。初始图像还可以是经正投影得到的投影数据进行反投影后得到的图像。

在步骤540，正投影获取模块440可以在接收到初始图像后，根据对应关系获取初始图像对应的投影数据。具体而言，接收到图像数据后，可以将每一射线穿过的图像数据上视野范围内的像素点的像素值累加至对应的投影数据的探测器通道上，以获取投影数据。

图8是本发明一些实施例的获取正投影步骤的示意图。参考图8所示，步骤540可以包括：

步骤541：确定探测器通道范围内的一探测器通道在所述行对应的所述像素点；

步骤542：将像素点对应的像素值累加至探测器通道所对应的探测器通道值。

在步骤541，对于第j个投影数据的第Chan个探测器通道，其穿过图像数据第i行的像素点的索引为

index＝index(StartChan[j,i],i,j)+IndexInc[j] (15)

其中，StartChan[j,i]＜Chan＜StartChan[j,i]+ChanNum[j,i]，IndexInc[j]为第j个投影数据中探测器通道的间距ChanSpacing对应到x坐标轴图像像素的比，其公式如下：

在步骤542，可以通过插值计算索引为index的像素点的像素值，并且把像素值累加至第Chan个探测器通道对应的探测器通道值。

遍历所有的j,Chan，即可以得到图像的正投影。

由上述的说明可知，在该实施例中不需要对投影数据中的所有的探测器通道遍历，对于第j个投影数据与图像数据的第i行，只需要遍历StartChan[j,i]到StartChan[j,i]+ChanNum[j,i]之间的探测器通道。因此，减少了计算过程里的查表与加法，节省了时间消耗。

为避免步骤542中通过插值计算索引为index的像素点的像素值而导致的图像性能变差。在一些实施例中，可以先对图像数据进行上采样插值，使图像足够精细，而后再对经上采样插值后的图像数据进行正投影。如此，在用于实现正投影的方法500中无需进行插值计算，可以进一步提升计算速度，并且具有良好的图像性能。

图9是本发明一些实施例的图像重建的方法的基本流程图。参考图9所示，图像重建的方法600包括：

步骤610：对探测器获取的第一投影数据进行反投影，以得到图像数据；

步骤620：对图像数据获取正投影，以得到第二投影数据；

步骤630：根据第一投影数据和第二投影数据确定误差；

步骤640：利用误差和第二投影数据进行图像重建。

在步骤610，由于是对探测器获取的第一投影数据进行反投影，因此步骤610可以是图像重建方法600中的第一次重建。

在步骤620，可以使用如上所述的用于实现正投影的方法来获取正投影。在此不再对用于实现正投影的方法展开描述。

在步骤630，可以通过将第一投影数据和第二投影数据相减来确定误差。可以理解，可以采用其他方式来确定第一投影数据和第二投影数据间的误差，本发明对此并不加以限制。

在步骤640，可以通过迭代计算的方式来进行图像重建。图像重建的方法可以包括代数迭代重建方法和统计迭代重建方法。

本发明提供了一种用于实现正投影的方法、装置及图像重建方法，相比于现有的线性插值需要通过相邻四个点的插值计算得到目标位置，本发明通过近邻插值，使用目标位置近邻的插值即两个点就可以直接获得目标位置，降低了运算的复杂度，提高了图像重建的速度。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

此外，本领域技术人员可以理解，本申请的各方面可以通过若干具有可专利性的种类或情况进行说明和描述，包括任何新的和有用的工序、机器、产品或物质的组合，或对他们的任何新的和有用的改进。相应地，本申请的各个方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。

计算机可读信号介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读信号介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读信号介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、RF、或类似介质、或任何上述介质的组合。

本申请各部分操作所需的计算机程序编码可以用任意一种或多种程序语言编写，包括面向对象编程语言如Java、Scala、Smalltalk、Eiffel、JADE、Emerald、C++、C#、VB.NET、Python等，常规程序化编程语言如C语言、Visual Basic、Fortran 2003、Perl、COBOL 2002、PHP、ABAP，动态编程语言如Python、Ruby和Groovy，或其他编程语言等。该程序编码可以完全在用户计算机上运行、或作为独立的软件包在用户计算机上运行、或部分在用户计算机上运行部分在远程计算机运行、或完全在远程计算机或服务器上运行。在后种情况下，远程计算机可以通过任何网络形式与用户计算机连接，比如局域网(LAN)或广域网(WAN)，或连接至外部计算机(例如通过因特网)，或在云计算环境中，或作为服务使用如软件即服务(SaaS)。

此外，除非权利要求中明确说明，本申请所述处理元素和序列的顺序、数字字母的使用、或其他名称的使用，并非用于限定本申请流程和方法的顺序。尽管上述披露中通过各种示例讨论了一些目前认为有用的发明实施例，但应当理解的是，该类细节仅起到说明的目的，附加的权利要求并不仅限于披露的实施例，相反，权利要求旨在覆盖所有符合本申请实施例实质和范围的修正和等价组合。例如，虽然以上所描述的系统组件可以通过硬件设备实现，但是也可以只通过软件的解决方案得以实现，如在现有的服务器或移动设备上安装所描述的系统。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”等来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±明所述的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

最后，应当理解的是，本申请中所述实施例仅用以说明本申请实施例的原则。其他的变形也可能属于本申请的范围。因此，作为示例而非限制，本申请实施例的替代配置可视为与本申请的教导一致。相应地，本申请的实施例不仅限于本申请明确介绍和描述的实施例。

Claims (10)

1.一种用于实现正投影的方法，包括：

获取图像数据的参数信息；

获取投影数据的参数信息；

根据所述图像数据的参数信息和投影数据的参数信息预先获取所述图像数据与所述投影数据的对应关系；

获取初始图像；

根据所述对应关系，获取所述初始图像对应的投影数据。

2.根据权利要求1所述的用于实现正投影的方法，其特征在于，所述对应关系包括所述图像数据中至少一行或至少一列像素点中的有效像素点对应的投影数据中的探测器通道范围。

3.根据权利要求1所述的用于实现正投影的方法，其特征在于，根据所述参数信息预先获取所述图像数据与所述投影数据的对应关系的步骤包括：

获取所述图像数据中一行或一列像素点中的有效像素点范围；以及

确定所述投影数据中的探测器通道在所述行或列对应的像素点处于所述有效像素点范围内的探测器通道范围。

4.根据权利要求2或3所述的用于实现正投影的方法，其特征在于，根据所述对应关系获取所述初始图像对应的所述投影数据的步骤包括：

确定所述探测器通道范围内的一探测器通道在所述行对应的所述像素点；以及

将所述像素点对应的像素值累加至所述探测器通道所对应的探测器通道值。

5.根据权利要求1所述的用于实现正投影的方法，其特征在于，对所述图像数据进行上采样插值，再根据所述对应关系获取经上采样插值后的所述图像数据对应的所述投影数据。

6.根据权利要求5所述的用于实现正投影的方法，其特征在于，还对所述图像数据进行近邻插值，再根据所述对应关系获取经近邻插值后的所述图像数据对应的所述投影数据。

7.一种图像重建方法，包括：

对探测器获取的第一投影数据进行反投影，以得到图像数据；

利用如权利要求1至6任一项所述的用于实现正投影的方法对所述图像数据获取正投影，以得到第二投影数据；

根据所述第一投影数据和所述第二投影数据确定误差；以及

利用所述误差和所述第二投影数据进行图像重建。

8.一种用于实现正投影的装置，包括：

参数信息获取模块，用于获取图像数据的参数信息和投影数据的参数信息；

对应关系获取模块，用于根据所述参数信息预先获取所述图像数据与所述投影数据的对应关系；所述对应关系包括所述图像数据中至少一行或至少一列像素点中的有效像素点对应的投影数据中的探测器通道范围；

图像数据获取模块，用于获取图像数据；以及

正投影获取模块，用于根据所述对应关系获取所述图像数据对应的所述投影数据。

9.一种用于实现正投影的装置，包括：

存储器，用于存储可由处理器执行的指令；

处理器，用于执行所述指令以实现如下方法，包括：

获取图像数据的参数信息；

获取投影数据的参数信息；

根据所述图像数据的参数信息和投影数据的参数信息预先获取所述图像数据与所述投影数据的对应关系；

获取初始图像；

根据所述对应关系，获取所述初始图像对应的投影数据。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其中当计算机指令被处理器执行时，执行如下方法：

获取图像数据的参数信息；

获取投影数据的参数信息；

根据所述图像数据的参数信息和投影数据的参数信息预先获取所述图像数据与所述投影数据的对应关系；

获取初始图像；

根据所述对应关系，获取所述初始图像对应的投影数据。

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